فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1397 | دوره:12 | شماره:4 (پیاپی 47) |تعداد مقالات:11

در این پژوهش به بررسی اثر اضافه کردن نانوذرات تیتانیا به پلی اورتان پرداخته شده است و اثرات مکانیکی و شیمیایی آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. نانوذرات اضافه شده به ترتیب با درصد وزنی 1/0، 5/0، 1 و 2 درصد وزنی بوده و اثر ساختارهای آناتاز و روتایل بررسی شده اند. پس از مخلوط کردن نانوذرات تیتانیا با رنگ پلی اورتان، مواد حاصله را به مدت h 2 با همزن آلتراسونیک، h 3 با همزن معمولی و سپس به مدت یک ساعت با همزن آلتراسونیک مخلوط کرده و در آخر گاززدایی می شود. به خاطر کاهش میزان آگلومره، از پراکنده ساز متناسب با دستورالعمل شرکت سازنده استفاده شده است. نانوکامپوزیت به دست آمده به ضخامت µ m 90 روی نمونه ها اعمال می شود. نمونه ها جهت آزمون های مقاومت به اشعه UV و مقاومت شیمیایی و مکانیکی تحت آزمایش قرار می گیرند. نتایج به دست آمده نشان دهنده این مطلب است که با اضافه کردن 1/0 درصد نانوذرات روتایل بهترین خواص فیزیکی و مکانیکی و مقاومت به اشعه UV حاصل می شود. از میکروسکوپ نوری برای بررسی مقدار پراکندگی نانوذرات و از میکروسکوپ AFM برای بررسی مورفولوژی سطح، استفاده گردید. سختی سطح نمونه ها و مقاومت به خراش، مقاومت به سایش و همچنین مقاومت به خوردگی آنها نیز مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان دهنده افزایش مقاومت به اشعه UV، پایداری بیشتر به ثابت ماندن رنگ، افزایش استحکام، سختی، مقاومت به خوردگی، مقاومت به خراشیدگی و افزایش طول عمر است و باعث کاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات پوشش و همچنین کاهش آسیب به محیط زیست می شود.

در این پژوهش، خواص لایه پسیو فولاد زنگ نزن دوپلکس SAF 2205 در محلول اسید سولفوریک و درجه حساس شدن آنها (پس از 1 و 5 ساعت عملیات حرارتی) با استفاده از آزمون راکتیواسیون پتانسیوکینتیک الکتروشیمیایی دو حلقه (DLEPR) مورد ارزیابی قرار گرفت که همخوانی خوبی با نتایج حاصل از آزمون اچ هیدروکسید سدیم برای طبقه بندی ساختار فولادهای زنگ نزن دوپلکس داشت. همچنین، آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک به منظور تعیین محدوده پتانسیل پسیو در نمونه های آنیل محلولی و حساس شده صورت پذیرفت. پلاریزاسیون سیکلی اعمالی در شاخه آندی آلیاژ حساس شده با زبری سطح مختلف، سودمندی یکنواختی و کم بودن زبری سطح بر افزایش مقاومت لایه پسیو را نشان داد. به منظور ارزیابی دانسیته عیوب نقطه ای لایه پسیو فولاد زنگ نزن، آنالیز موت-شاتکی انجام شد تا غلظت دهنده های الکترون در سطح تعیین گردید. نتایج نشان داد که کاهش زبری سطح، کاهش درجه حساس شدن و افزایش تعداد سیکل های پلارزاسیون باعث کاهش دانسیته عیوب سطحی تا 44 درصد خواهد شد. از همین رو، هر چه درجه حساس شدن و زبری سطح بیشتر باشد، لایه پسیو آلیاژ در اثر تشکیل فاز سیگما و کاهش میکروپیل های موجود در سطح معیوب تر خواهد بود.

هدف از این پژوهش تولید نانو پودر کامپوزیت نیکل-کاربید وانادیم که به عنوان یک هارد متال شناخته می شود از مواد اولیه اکسیدی و عامل احیایی منیزیم به روش مکانوشیمیایی می باشد. با توجه به دمای آدیاباتیک واکنش (T=3964 K)، این واکنش از نوع سنتز خود پیشرونده یا MSR می باشد. مواد اولیه طبق واکنش استوکیومتری با نسبت (1: 1: 6: 2) به ترتیب برای اکسید نیکل، اکسید وانادیم، منیزیم و گرافیت مخلوط شدند. آسیا کاری نمونه ها در یک آسیا سیاره ای پر انرژی با نسبت وزنی پودر به گلوله 1: 20 تحت آتمسفر گاز آرگون انجام شد. پس از 40 دقیقه آسیا کاری احتراق در محفظه آسیا اتفاق افتاد. با توجه به نتایج پراش پرتو ایکس پس از احتراق محصولات مورد نظر یعنی نیکل، کاربید وانادیم و اکسید منیزیم که یک محصول جانبی واکنش می باشد به طور کامل تولید شده است. جهت حذف فاز اکسید منیزیم از HCl با غلظت 9% استفاده گردید. اندازه بلورک و کرنش از روش ویلیامسون-هال محاسبه و به ترتیب برای نیکل و کاربید وانادیم اندازه بلورک و کرنش شبکه 40 نانو متر، 0. 00595 و 54 نانو متر، 0. 00615 به دست آمد.

پلاک های استخوانی فلزی سال هاست است که جهت تثبیت شکستگی استخوان در درمان های جراحی ارتوپدی استفاده می شود. اختلاف سفتی پلاک های فلزی و استخوان منجر به ایجاد پوکی استخوان در ناحیه زیر پلاک و افزایش احتمال شکستگی مجدد آن می شود، علاوه بر این خوردگی و سایش پلاک های فلزی منجر به رهایش محصولات خوردگی ناخواسته در بدن می شود. برای رفع این مشکل می توان از کامپوزیت های پلیمر-سرامیکی تخریب پذیر استفاده کرد. هدف از این تحقیق ساخت پلاک استخوانی غیرفلزی و تخریب پذیر از جنس پلی کاپرولاکتون-بغدادیت (Ca3ZrSi2O9) جهت تثبیت و ترمیم بافتهای استخوانی آسیب می باشد. پلی کاپرولاکتون پلیمری نیمه بلورین است که در شرایط محیطی بدن بسیار زیست سازگار است ولیکن نسبت به سایر پلیمرهای زیست سازگار نرخ تخریب کمتر و انرژی شکست بالاتری دارد. بغدادیت بیوسرامیکی با خواص زیست فعالی بالا است لذا افزایش نانوذرات بغدادیت به پلی کاپرولاکتون ضمن بهبود افزایش زیست فعالی، سرعت تخریب کامپوزیت فوق را افزایش می دهد. در این تحقیق ابتدا پودر بغدادیت به روش سل-ژل تهیه شد و سپس مقادیر 0، 10 و 20 درصد وزنی نانو پودر بغدادیت به محلول پلی کاپرولاکتون حل شده در کلروفوم اضافه شده و با روش ریخته گری انحلالی، فیلم های کامپوزیتی پایه پلیمری تهیه شد. از آزمون های پراش پرتوایکس(XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و عبوری (TEM) به منظور فازشناسی، بررسی ریزساختار و مورفولوژی و از آزمون غوطه وری در محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) جهت بررسی خواص زیست فعالی پلاک های تولیدی استفاده شد. نتایج آزمون ها بیانگر زیست فعالی بالای پلاک های فوق است.

کامپوزیت های دما بالای دی بورید زیرکونیم-کاربید سیلیسیم تقویت شده با مقادیر متفاوت افزودنی نانو گرافیت (0، 5/2، 5، 5/7 و 10 درصد وزنی) با روش تفجوشی پلاسمای جرقه ای تولید و برای تعیین تاثیر نانو ورقه های گرافیتی روی رفتار چگالش کامپوزیت بررسی شدند. تفجوشی پلاسمای جرقه ای در دمای 1900 درجه سانتی گراد به مدت زمان 7 دقیقه و با اعمال فشار 40 مگاپاسکال، به ساخت کامپوزیت چگال دی بورید زیرکونیم-کاربید سیلیسیم تقویت شده با 5 درصد وزنی نانوگرافیت (با چگالی نسبی 6/100 درصد) منجر شد. زدایش ناخالصی های اکسیدی به واسطه واکنش های احیایی آنها با گرافیت و تشکیل فازهای زیر میکرونی رخ داد. همچنین تشکیل فاز درجای کاربید زیرکونیم از دلایل افزایش چگالی این کامپوزیتها شناخته شد.

اکسید روی (ZnO)نیمه هادی اکسیدی است که خواص فوتوکاتالیستی داشته و قابلیت تجزیه مواد آلی و تصفیه پساب های صنعتی را دارا می باشد. در این تحقیق نانوذرات اکسیدروی دوپ شده با درصدهای متفاوت نقره (Ag) به روش سل-ژل پکینی برای بررسی خواص فوتوکاتالیستی سنتز گردید. نانو ذرات به دلیل داشتن نسبت سطح به حجم بالا می توانند خواص فوتوکاتالیستی بهتری از خود نشان دهند. همچنین افزودن فلزات نجیب به نیمه هادی می تواند مانع از باز ترکیبی جفت الکترون – حفره گردد. نمونه های سنتز شده حاوی 0/6، 1/8، 3/1 و 6/2 درصد وزنی نقره بودند. نمونه های بدست امده توسط طیف سنج UV-Vis، پراش اشعه X (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ گسیل میدانی (FESEM)، و طیف سنجی فوتولومینسانس(PL) مشخصه یابی گردیدند. در نهایت از نمونه های سنتز شده نسبت به زمان تست فوتوکاتالیستی در برابر متیلن آبی به انجام شد. با توجه به نتایج مشاهده گردید با دوپ نمودن نقره اندازه ذرات اکسید روی کاهش می یابد همچنین با افزودن نقره به نانوذرات ZnO تا حدود 1/8 درصد وزنی کاهش محسوسی در شدت فوتولومینسانس نمونه ها در محدوده فرابنفش ایجاد شده که نشان دهنده کاهش نرخ بازترکیبی الکترون-حفره و به دنبال ان افزایش نرخ فوتوکاتالیستی نمونه ها می باشد. تکرارپذیر بودن خصلت رنگبری فوتوکاتالیست سنتز شده بوسیله تکرار سه سیکل فوتوکاتالیستی بر روی نمونه دوپ شده با 1/8 درصد وزنی نقره انجام شد، مشاهده گردید که راندمان کاتالیست سنتز شده کاهش چشمگیری نداشته و این نشان دهنده پایداری فوتو کاتالیست سنتز شده است.

در این تحقیق، مخزن از فولاد ساده کربنی بررسی گردید. مخزن حاوی اسید سولفوریک 98 درصد و72 درصد توسط آزمون پلاریزاسیون، پتانسیل مدار باز و پتانسیواستاتیک مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین نویز الکتروشیمیایی قبل، حین و پس از حفاظت آندی انجام گرفت و نتایج حاصل توسط آنالیز آماری در دامنه های زمانی بررسی شد. پارامترهایی نظیر مقاومت نویز، مقادیر چولگی، کشیدگی جریان و پتانسیل و ضریب خوردگی موضعی محاسبه شدند. با آنالیز در دامنه فرکانسی، منحنیهای دانسیته طیف توان به دست آورده شد. مشاهده شد که مقادیر چولگی و کشیدگی جریان و پتانسیل میتوانند برای تعیین انحراف و یا عدم انحراف از توزیع نرمال داده های نویز الکتروشیمیایی، به کار برده شوند. همچنین مشخص شد که با استفاده از منحنیهای دانسیته طیفی توان میتوان اثرات منفی نویزهای اضافی را حذف نمود و اطلاعات کاملی در مورد پروسه خوردگی به دست آورد. مقاومت نویز بدست آمد ولیکن مقاومت نویز میتواند برای تعیین شدت خوردگی به طور کیفی به کار رود. در این تحقیق، نتیجه گرفته شد که روش نویز الکتروشیمیایی، روشی کارآمد برای مطالعه پدیده های خوردگی، از قبیل خوردگی حفره ای و بررسی سیستم حفاظت آندی در حین حفاظت از مخازن و مبدل ها در محیط اسید سولفوریک میباشد. مشخص شد که برای مخزن فولاد ساده کربنی در اسید سولفوریک 98% در زمان حفاظت مقدار شیب ناحیه ROLL-OFF برابر با 4/2 و برای اسید سولفوریک رقیق 4/4 اندازه گیری شد و مشخص شد در این ناحیه حفاظت آندی به مراتب برای فولاد کربنی در محلول اسید سولفوریک 72% مناسب تر است.

تولید هیدروژن با استفاده از تجزیه آب تحت نور خورشید یک روش امیدوار کننده برای تولید سوخت پاک و تجدیدپذیر می باشد. با استفاده از نیمه هادی های مثبت و منفی به ترتیب به عنوان فتوکاتد و فتوآند می توان آب را به عناصر تشکیل دهنده آن یعنی هیدروژن و اکسیژن تجزیه نمود. از هماتیت می توان به عنوان فتوآند برای این منظور استفاده نمود. در این تحقیق هماتیت با استفاده از روش رسوب دهی الکتروشیمیایی ایجاد شده است. جهت تعیین فاز از تفرق اشعه ایکس استفاده شد که الگوی پراش بیانگر هماتیت با ساختار بلوری رومبوئدرال می باشد. مورفولوژی سطحی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دهنده ی دو لایه ی پایینی همراه با ترک و لایه بالایی بصورت ذرات می باشد. مقدار جریان تحت نور با استفاده از پتانسیل روبشی خطی تحت قطع و وصل نور مرئی تعیین شدند که در پتانسیل V6/0 نسبت به الکترود Ag/AgCl به مقدار μ A. cm-2 5/2 بدست آمد. منحنی نایکوئیست هماتیت در پتانسیل V0 و V6/0 با استفاده از طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی بدست آمد و مدار معادل آنها شبیه سازی گردید و مقدار پارامترهای مربوطه بدست آمدند. همچنین با استفاده از منحنی مات-شاتکی مقدار پتانسیل فلت باند و مقدار دانسیته حامل بار به ترتیب به مقدار V 35/0-نسبت به مرجع Ag/AgCl و cm-3 1018×4/8 بدست آمدند.

در این پژوهش از گرمایش دی الکتریک بوسیله تابش دهی امواج ماکروویو جهت سنتز درجای نانوکامپوزیت پلی یورتان/ نقره است، که بوسیله توزیع و انحلال نمک نیترات نقره در زمینه پلی یورتان و احیای کاتیون نقره حبس شده در مایسل های اتیلن گلیکول در بین زنجیره های پیش پلیمر محلول انجام پذیرفت. کاهش زمان و تعداد فرآیندهای سنتز و درنتیجه کاهش هزینه های تولید نسبت به سایر روش های سنتز نانو نانوکامپوزیت پلیمری، از مزایای این تکنیک است. در حین انجام واکنش های شیمیایی امواج ماکروویو با شدت و فرکانس ثابت در مدت زمان های 30، 60، 90، 120 ثانیه توسط آون ماکروویو به پیش پلیمر محلول اعمال گردید. با تکمیل واکنش های شیمیایی نانوذرات نقره در بستر پلی یورتان سنتز شد. به منظور بررسی اثر امواج ماکروویو و سنتز نانو ذرات نقره بر پیوند های شیمیایی پلی یورتان از نظر ساختاری، مورفولوژی، پراکندگی نانوذرات نقره در زمینه پلی یورتان و توزیع اندازه ذرات از آزمون های طیف سنجی نورمرئی-فرابنفش (Uv-Vis)، آزمون تفرق سنجی اشعه ایکس ( XRD)، میکروسکوپ الکترونی عبوری ( TEM)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه ( FTIR) استفاده شد. نانوذرات فرآوری شده دارای مورفولوژی کروی و شبه کروی و توزیع اندازه ذراتی در محدوده 10 تا 60 نانومتر و ساختار کریستالی fcc و پراکندگی یکنواختی در بستر پلی یورتان می باشند. ضمنا طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه از نانوکامپوزیت های تهیه شده نشانگر عدم تاثیر منفی سنتز نانو ذرات نقره بر روی پیوندهای شیمیایی پلی یورتان در این پژوهش بود.

در میان روش های مختلفی که برای تخریب آلاینده های شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته است، فرایندهای اکسایش پیشرفته (مانند فرایند فتوکاتالیتیکی) به دلیل ویژگی های خاص خود مورد توجه قرار گرفته اند. در این پژوهش، پوشش کامپوزیتی ZnFe2O4-10wt% TiO2 به روش پاشش شعله ای تولید شده است. پودرهای تیتانیا (TiO2 با 75% آناتاز و 25% روتیل) و فریت روی (ZnFe2O4) سنتز شده توسط فرایند آلیاژسازی مکانیکی با یکدیگر مخلوط (با نسبت وزنی 1 به 9) و بر روی زیرلایه ای از فولاد زنگ نزن 316 پوشش داده شدند. برای ارزیابی ساختار، مورفولوژی و شدت جذب نور پوشش، به ترتیب دستگاه های پراش پرتو ایکس(XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و اسپکتروفتومتر UV-VIS-NIR مورد استفاده قرار گرفته اند. فعالیت فتوکاتالیتیکی پوشش ایجاد شده، توسط رنگ زدایی محلول رنگی متیلن بلو با غلظت mg/Lit 5 مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج ارزیابی ها نشان داده است که پوشش کامپوزیتی حاصل از فرایند پاشش شعله ای، دارای جذب نور و فعالیت فتوکاتالیتیکی نسبتا مناسبی در تخریب فتوکاتالیتیکی رنگ متیلن بلو (تحت تابش نور مرئی) است.

در این پژوهش، شرایط ایجاد پوشش کامپوزیتی YSZ/Al بر روی سوپرآلیاژ اینکولوی 825 به روش رسوب دهی الکتروفورتیک مورد مطالعه قرار گرفته است. پایداری سوسپانسیون ذرات YSZ و Al در استون و در حضور پراکنده ساز ید با اندازه گیری اندازه ذرات موجود در سوسپانسیون و پتانسیل زتا مطالعه شد. بر اساس نتایج به دست آمده، سوسپانسیون حاوی g/l 2/1 ید به منظور رسوب دهی الکتروفورتیک همزمان دو پودر انتخاب شد. میانگین اندازه ذرات YSZ و Al در این سوپانسیون به ترتیب برابر 6/111 نانومتر و 658/2 میکرومتر و مقدار پتانسیل زتا برای دو پودر به ترتیب برابر 2/50 و 16 میلی ولت اندازه گیری شد. به منظور بررسی تاثیر ولتاژ اعمالی و زمان بهینه رسوب دهی بر روی کیفیت رسوب تشکیل شده، رسوب دهی در ولتاژها و زمان های رسوب دهی مختلف انجام شد. نتایج نشان داد که رسوب تشکیل شده در ولتاژ 6 ولت و زمان رسوب دهی 3 دقیقه دارای سطح یکنواخت و عاری از ترک بود. تصویر به دست آمده از آنالیز SEM نشان داد که این پوشش دارای ضخامت 63/19 میکرومتر است.